揚聲器的整個指向性范圍內的音色恒定性的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關內容
[0002] 本專利申請要求于2013年3月11日提交的美國臨時專利申請No. 61/776, 648的 較早提交日期的權益。
技術領域
[0003] 本發明的實施例涉及一種用于在整個指向性和頻率范圍內驅動揚聲器陣列以保 持收聽區域中的音色恒定性的系統和方法。還描述了其他實施例。
【背景技術】
[0004] 基于陣列的揚聲器有能力在空間上將其輸出整形成三維空間中的各種波束模式。 這些波束模式為所發射的聲音限定不同的指向性（例如，不同的指向性指數）。在用于驅動 揚聲器陣列的每種波束模式變化時，音色也隨之變化。音色是區分另外在聲音響度、音高和 持續時間方面匹配的不同類型聲音生成的聲音質量（例如，語音和樂器之間的差異）。不協 調的音色導致用戶/聽眾感受到變化的且不協調的聲音。
【發明內容】
[0005] 本發明的實施例涉及一種用于在整個方向性和頻率范圍內驅動揚聲器陣列以保 持收聽區域中的音色恒定性的系統和方法。在一個實施例中，使用（1)第一波束模式的指 向性指數、（2)收聽區域中的收聽者位置處的直達混響聲能比DR和（3)收聽區域的估計混 響時間T 6。來確定描述收聽區域的與頻率無關的房間常數。基于這一房間常數，可為第二 波束模式產生取決于頻率的偏移。該偏移描述第一波束模式和第二波束模式之間的分貝差 異，以實現收聽區域中的波束模式之間的恒定音色。例如，可將第二波束模式的水平提高或 降低該偏移，以匹配第一波束模式的水平。可針對由揚聲器陣列發射的每種波束模式來計 算偏移值，使得波束模式保持恒定音色。保持恒定音色改善了音頻質量，不論收聽區域特性 和用于呈現聲音節目內容的波束模式如何。
[0006] 以上
【發明內容】
不包括本發明的所有方面的詳盡列表。可以預期的是，本發明包括 可由上文概述的各個方面以及在下文的【具體實施方式】中公開并且在隨該申請提交的權利 要求中特別指出的各種方面的所有合適組合來實施的所有系統和方法。此類組合具有未在 上述
【發明內容】
中具體闡述的特定優點。
【附圖說明】
[0007] 本發明的實施例以舉例的方式進行說明，而不僅限于各個附圖的圖示，在附圖中 類似的附圖標號指示類似的元件。應當指出，本公開中提到"一"或"一個"實施例未必是 同一實施例，并且它們表示至少一個實施例。
[0008] 圖1示出了根據一個實施例的具有音頻接收器、揚聲器陣列和收聽設備的收聽區 域的視圖。
[0009] 圖2A示出了根據一個實施例的具有容納于單個機柜中的多個換能器的一個揚聲 器陣列。
[0010] 圖2B示出了根據另一個實施例的具有容納于單個機柜中的多個換能器的一個揚 聲器陣列。
[0011] 圖3示出了具有變化的指向性指數的三個示例性極性模式。
[0012] 圖4示出了根據一個實施例的在收聽區域中產生直射和反射聲音的揚聲器陣列。
[0013] 圖5示出了根據一個實施例的音頻接收器的功能單元框圖和一些構成硬件部件。
[0014] 圖6示出了根據一個實施例的在整個方向性和頻率范圍范圍內保持揚聲器陣列 的音色恒定性的方法。
【具體實施方式】
[0015] 現在參考所附附圖來描述若干個實施例。雖然闡述了許多細節，但應當理解，本發 明的一些實施例可在沒有這些細節的情況下被實施。在其他情況下，未詳細示出熟知的電 路、結構和技術，以免模糊對本描述的理解。
[0016] 圖1示出了具有音頻接收器2、揚聲器陣列3和收聽設備4的收聽區域1的視圖。 音頻接收器2可耦接到揚聲器陣列3,以驅動揚聲器陣列3中的各個換能器5,從而將各種 聲音/波束/極性模式發射到收聽區域1中。如下文更詳細所述的，收聽設備4可感測由 音頻接收器2和揚聲器陣列3產生的這些聲音。
[0017] 盡管示出了單個揚聲器陣列3,但在其他實施例中，可將多個揚聲器陣列3耦接到 音頻接收器2。例如，可在收聽區域1中定位三個揚聲器陣列3,以相應代表音頻接收器2 輸出的一條聲音節目內容（例如，音樂作品或電影的聲道）的左前、右前和前方中心通道。
[0018] 如圖1中所示，揚聲器陣列3可包括用于連接到音頻接收器2的線路或管道。例 如，揚聲器陣列3可包括兩個布線點，并且音頻接收器2可包括互補的布線點。布線點可以 是分別在揚聲器陣列3和音頻接收器2后方的接線柱或彈簧夾。導線獨立纏繞或通過其他 方式耦接到相應的布線點，以將揚聲器陣列3電耦接到音頻接收器2。
[0019] 在其他實施例中，揚聲器陣列3可使用無線協議耦接到音頻接收器2,使得陣列3 和音頻接收器2并不物理連接但保持射頻連接。例如，揚聲器陣列3可包括用于從音頻接 收器2中的對應WiFi發射器接收音頻信號的WiFi接收器。在一些實施例中，揚聲器陣列 3可包括用于使用從音頻接收器2接收的無線音頻信號來驅動換能器5的集成放大器。如 上所述，揚聲器陣列3可以是包括根據下述技術進行信號處理和驅動每個換能器5的部件 的獨立單元。
[0020] 圖2A示出了具有容納于單個機柜6中的多個換能器5的一個揚聲器陣列3。在本 實例中，揚聲器陣列3具有三十二個不同的換能器5,在機柜6內均勻排列成八行四列。在 其他實施例中，可使用間隔均勻或不均勻的不同數量的換能器5。例如，如圖2B中所示，可 在機柜6中將十個換能器5排列成單行，以形成聲音條樣式的揚聲器陣列3。盡管被示出為 排列成平面或直線，但可將換能器5沿圓弧排列成曲線方式。
[0021] 換能器5可以是全音域驅動器、中音域驅動器、超低音揚聲器、低音揚聲器和高音 揚聲器。換能器5中的每個換能器都可使用輕質膜或紙盆經由約束線圈（例如，音圈）的 柔性懸架連接到剛性盆架或框架，以通過圓柱形磁隙軸向移動。在向音圈施加電子音頻信 號時，電流在音圈中產生磁場，使其成為可變電磁體。線圈和換能器5的磁性系統交互作用 產生磁力，從而導致線圈（從而導致附著的紙盆）前后運動，由此在來自源（例如，信號處 理器、計算機和音頻接收器2)的所施加的電子音頻信號控制下再產生聲音。盡管這里描述 的是單個機柜6中容納的多個換能器5,但在其他實施例中，揚聲器陣列3可包括容納于機 柜6中的單個換能器5。在這些實施例中，揚聲器陣列3是獨立揚聲器。
[0022] 每個換能器5可被逐個獨立地驅動，以響應于獨立且離散的音頻信號產生聲音。 通過允許根據不同的參數和設置（包括延遲和能量水平）逐個獨立地驅動揚聲器陣列3 中的換能器5,揚聲器陣列3可產生許多聲音/波束/極性模式，以模擬或更好地呈現向收 聽者播放的聲音節目內容的相應通道。例如，可由揚聲器陣列3發射具有不同指向性指數 (DI)的波束模式。圖3示出了具有變化的DI (從左到右，DI越來越高）的三個示例性極性 模式。可按照分貝或線性方式（例如，1，2,3等）來呈現DI。
[0023] 如上所述，揚聲器陣列3向收聽區域1中發射聲音。收聽區域1是揚聲器陣列3 所在的且定位收聽者以收聽由揚聲器陣列3發射的聲音的位置。例如，收聽區域1可以是 房子或商業設施之內的房間或室外區域（例如，劇場）。
[0024] 如圖4中所示，揚聲器陣列3可在收聽區域1中產生直射聲音和回響/反射聲音。 直射聲音是由揚聲器陣列3產生的到達目標位置（例如，收聽設備4)而未從墻壁、地板、天 花板或收聽區域1中的其他物體/表面反射的聲音。與此相比，混響/反射聲音是由揚聲 器陣列3產生的從墻壁、地板、天花板或收聽區域1中的另一個物體/表面反射之后到達目 標位置的聲音。以下等式描述了基于揚聲器陣列3發射的多種聲音的匯總而在收聽設備4 處測量的壓力。
[0025]
[0026] 等式 1
[0027] 在以上等式中，G(f)是無回聲軸向壓力平方水平，r是揚聲器陣列3和收聽設備4 之間的距離，T 6。是收聽區域1中的混響時間，V是收聽區域1的功能容積，以及DI是揚聲 器陣列3發射的波束模式的指向性指數。可將聲壓分解成直接和混響分量，其中直接分量 由I限定，并且混響分量由
限定。
[0028] 如上文所示和所述的，混響聲場取決于收聽區域1屬性（例如，TJ、揚聲器陣列3 發射的波束模式以及描述收聽區域1的與頻率無關的房間常數（例如，
）。混響聲場 可能導致音頻信號的人感知的音色變化。通過基于所發射波束模式的DI控制揚聲器陣列 3產生的聲音的混響場，還可以控制音頻信號的感知音色。在一個實施例中，音頻接收器2 驅動揚聲器陣列3以在整個方向性和頻率范圍范圍內保持音色恒定性，如下文進一步所述 的。
[0029] 圖5示出了根據一個實施例的音頻接收器2的功能單元框圖和一些構成硬件部 件。盡管被示為獨立的，但在一個實施例中，音頻接收器2集成在揚聲器陣列3內。圖5中 所示的部件代表包括在音頻接收器2中的元件，并且不應被解釋為排除其他部件。下文將 以舉例方式來描述音頻接收器2的每個元件。
[0030] 音頻接收器2可包括主系統處理器7和存儲器單元8。在此統一使用的處理器7